李 強(qiáng)，徐 瑛，張曉軍

（陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 延安石油化工廠， 陜西 延安 727406）

PK301帶粉和竄油原因分析及對(duì)策

李 強(qiáng)，徐 瑛，張曉軍

（陜西延長(zhǎng)石油（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 延安石油化工廠， 陜西 延安 727406）

聚丙烯裝置的重要設(shè)備PK301因帶粉、竄油現(xiàn)象嚴(yán)重，頻繁停機(jī)。公司成立聚丙烯技術(shù)攻關(guān)小組，分析深層次原因，采取有效措施，解決了壓縮機(jī)帶粉、竄油的難題，實(shí)現(xiàn)了PK301的長(zhǎng)周期運(yùn)行，確保了低壓丙烯的高效回收利用，降低了丙烯單耗，減少了環(huán)境污染，提高了經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。

PK301；帶粉；竄油；原因分析；對(duì)策

壓脫氣回收單元的核心設(shè)備，回收低壓閃蒸系統(tǒng)的丙烯混合氣。PK301故障，每小時(shí)損失精丙烯1.8～2 t放火炬燃燒，給生產(chǎn)造成了較大的經(jīng)濟(jì)損失。減少設(shè)備故障，保證PK301長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行，是降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益的重要措施。為了減少損失，降低丙烯單耗，聚丙烯技術(shù)攻關(guān)小組通過調(diào)整工藝操作，采取多項(xiàng)改造措施，圓滿的解決了PK301頻繁帶粉、竄油的技術(shù)難題陜西延長(zhǎng)石油集團(tuán)煉化公司延安煉油廠10萬t/a聚丙烯裝置于2005年5月31日投產(chǎn)，一次試車成功，生產(chǎn)出了合格的聚丙烯，填補(bǔ)了陜西省的歷史空白。經(jīng)過幾年的運(yùn)行，裝置生產(chǎn)正常，但丙烯壓縮機(jī)PK301因各種原因頻繁停機(jī)，低壓丙烯回收困難，丙烯單耗增加，對(duì)公司的經(jīng)濟(jì)效益造成了較大影響。2007年，公司成立了“降低聚丙烯單耗，提高經(jīng)濟(jì)效益”的技術(shù)攻關(guān)小組，通過優(yōu)化工藝操作和技術(shù)改造等措施，重點(diǎn)解決PK301入口錐形管道過濾器嚴(yán)重帶粉，頻繁堵塞，壓縮機(jī)竄油不能正常運(yùn)行的技術(shù)難題。

PK301為往復(fù)活塞式壓縮機(jī)組，是聚丙烯裝置聚合物低，壓縮機(jī)已正常運(yùn)行。聚丙烯單耗由2007年的1.072，到2008年降到了1.014，超過了國內(nèi)同類裝置的最好水平1.016 3，增加經(jīng)濟(jì)效益3 000多萬元，收到了煉化公司的嘉獎(jiǎng)。

1 低壓丙烯回收系統(tǒng)簡(jiǎn)介

聚丙烯低壓丙烯回收單元主要由循環(huán)氣過濾器F301、保安過濾器 F302、低壓丙烯洗滌塔 T302、洗滌塔回流泵P304A/B、洗滌塔冷卻器E304、壓縮機(jī)油氣分離罐D(zhuǎn)304和循環(huán)氣壓縮機(jī)組PK301組成。工藝流程如圖1所示。

圖1 低壓丙烯回收系統(tǒng)流程圖Fig.1 Flow chart of low-pressure propylene recovery system

含少量丙烯單體的聚合物進(jìn)入循環(huán)氣過濾器F301后，進(jìn)一步低壓閃蒸，分離出丙烯氣。聚合物從F301的底部進(jìn)入氣蒸單元 D501，而丙烯混合氣從F301的頂部排出，經(jīng)過F302進(jìn)入T302，在洗滌塔T302中與泵P304A/B來的循環(huán)油逆流洗滌，一方面除去丙烯混合氣中的夾帶的聚丙烯(PP)粉末和其他雜質(zhì)，另一方面除去夾帶的催化劑三乙基鋁（TEAL）和少量的重質(zhì)輕干凈的丙烯混合氣通過 PK301增壓后進(jìn)入高壓閃蒸回收單元的T301回收利用[1]。

PK301是本單元的核心設(shè)備，型號(hào)為：2K158-2B-1, 為立式、雙缸、雙作用、兩級(jí)壓縮、迷宮密封、無油潤(rùn)滑的活塞式往復(fù)壓縮機(jī)，由瑞士布克哈德公司（SULZERBURCKHRDT）生產(chǎn)，功率250kw，轉(zhuǎn)數(shù)744 r/min，流量1 311 m3/h。PK301機(jī)組流程如圖2。D307、D308、D309、D310是C301分別是壓縮機(jī)一級(jí)、二級(jí)進(jìn)出口緩沖罐，E306為級(jí)間冷卻器。機(jī)組采用進(jìn)口吸氣閥自動(dòng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷0%～50%～100%的自動(dòng)控制。

圖2 PK301機(jī)組內(nèi)部流程Fig.2 PK301 unit internal process

2 PK301故障現(xiàn)象

壓縮機(jī)的故障率較高，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）PK301入口錐形管道過濾器頻繁堵塞，需要停機(jī)反復(fù)清理，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，清理置換難度大。

（2）級(jí)間冷卻器E306換熱效果差，壓縮機(jī)一級(jí)出口、二級(jí)入口氣體溫度偏高，造成壓縮機(jī)二級(jí)出口溫度高報(bào)，聯(lián)鎖停機(jī)。

（3）氣閥是 PK301出現(xiàn)故障的主要部位，原裝進(jìn)口的PEEK網(wǎng)狀閥片經(jīng)常斷裂、分層，彈簧斷裂和變形，閥座密封面損壞，甚至報(bào)廢。

（4）故障停機(jī)時(shí)，閥座及流道內(nèi)細(xì)粉及油狀物較多，黑色發(fā)粘。

（5）D309經(jīng)常出現(xiàn)帶油頻繁的現(xiàn)象，導(dǎo)致液位高報(bào)停車。

（6）間隔腔竄油嚴(yán)重，潤(rùn)滑油積聚在間隔腔，回不到油箱，曲軸箱油位經(jīng)常低報(bào)。

（7）壓縮機(jī)丙烯回收能力降低，造成F301內(nèi)部壓力超高，不得不放火炬泄壓。PK301丙烯回收量(FI311)從正常的1 200 m3/h降低至800～900 m3/h，未回收丙烯進(jìn)火炬系統(tǒng)燃燒，造成浪費(fèi)。

3 PK301故障分析

PK301不能正常運(yùn)行，故障率高，聯(lián)鎖停機(jī)較頻繁，反復(fù)清理、檢查次數(shù)多，這些問題集中反映在壓縮機(jī)組入口帶粉和系統(tǒng)竄油、間隔腔回油不暢三個(gè)方面。

3.1 系統(tǒng)帶粉嚴(yán)重

低壓丙烯回收系統(tǒng)的帶粉現(xiàn)象有兩種情況：一種是袋濾器F301的濾袋、保安過濾器F302的濾芯同時(shí)出現(xiàn)破損或脫落，使得未經(jīng)過濾的聚丙烯細(xì)粉（簡(jiǎn)稱PP粉末）進(jìn)入T302，穿過D304破沫網(wǎng)進(jìn)入PK301，造成系統(tǒng)帶粉現(xiàn)象；另一種情況是PK301入口確實(shí)帶粉嚴(yán)重，但不是從 F301過來的聚丙烯粉末，而是形狀特征與聚丙烯粉末相似的鋁的氧化物或絡(luò)合物。對(duì)于第二種情況的粉末，國內(nèi)好多聚丙烯單位的技術(shù)人員都誤認(rèn)為是過濾器故障產(chǎn)生的PP粉末，反復(fù)在F301、 F302上下功夫，經(jīng)過分析化驗(yàn)證明這種判斷是錯(cuò)誤的。原因如下：

（1）袋式過濾器F301內(nèi)安裝88根金屬燒結(jié)氈濾筒，濾芯是不銹鋼金屬骨架，濾網(wǎng)是致密的整體金屬燒結(jié)氈，工作時(shí)，濾筒中心還有一股脈沖式的反吹丙烯氣在拍打?yàn)V袋上粘附的聚丙烯粉末，金屬燒結(jié)氈的過濾精度較高，可以攔截直徑大于5μm的聚丙烯粉末，過濾效率 99.9%，使用壽命在 5 a以上。燒結(jié)氈濾袋損壞泄漏的可能性較小，除非檢修時(shí)損壞而沒有發(fā)現(xiàn)。經(jīng)過 F301的丙烯氣如果不含未反應(yīng)的催化劑的話可以直接進(jìn)壓縮機(jī)，不會(huì)影響壓縮機(jī)的正常工作[2]。

（2）F302是保安過濾器，顧名思義，就是F301出現(xiàn)異常破損后用來保護(hù)壓縮機(jī)的過濾器。內(nèi)裝37個(gè)聚丙烯濾芯，過濾精度 5 μm，用來攔截漏網(wǎng)的聚丙烯粉末。當(dāng)F301正常工作時(shí)，F(xiàn)302就是一個(gè)預(yù)防性過濾器。發(fā)現(xiàn)F302過濾器壓差突然增大，就可以判斷F301是否工作正常。時(shí)間長(zhǎng)了，F(xiàn)302壓差變大可以通過切換或走旁路的方式進(jìn)行濾芯更換，并不影響壓縮機(jī)的運(yùn)行。所以，聚丙烯粉末帶入PK301的可能性也很小。況且，從F302過來的丙烯氣還要通過T302的油洗和D304的破沫網(wǎng)過濾。

（3）經(jīng)過T302油洗、D304除霧以后的丙烯氣確實(shí)攜帶白色“粉末”，而且還很嚴(yán)重，影響了PK301的正常運(yùn)行。這“粉末”從何而來呢？是經(jīng)過T302油洗以后產(chǎn)生的。帶著這個(gè)問題，我們對(duì)從 D304出來后進(jìn)壓縮機(jī)錐形過濾器前的白色“粉末”進(jìn)行了化驗(yàn)分析和灼燒，分析結(jié)果含鋁，表面發(fā)粘，不燃燒，宏觀形狀酷似聚丙烯粉末。

因此，壓縮機(jī)入口帶“粉”的真正原因是丙烯氣中未反應(yīng)的催化劑與 T302中的洗滌油反應(yīng)產(chǎn)生的白色固體粉末所致。由于是金屬粉末，隨丙烯氣進(jìn)入壓縮機(jī)，對(duì)氣閥、石墨填料損傷特別嚴(yán)重的，類似于用砂紙?jiān)诜磸?fù)打磨配件。故丙烯氣在進(jìn)壓縮機(jī)前，必須將其除去，才能保證壓縮機(jī)的正常運(yùn)行和氣閥、填料的使用壽命。

3.2 系統(tǒng)竄油嚴(yán)重

竄油分兩種情況：一是工藝氣體帶油進(jìn)入壓縮機(jī)，造成D307、D309帶油，竄入間隔腔，造成曲軸箱潤(rùn)滑油污染；二是通過活塞桿帶入壓縮機(jī)間隔腔潤(rùn)滑油回油不暢，竄入工藝氣體，造成曲軸箱潤(rùn)滑油液位下降。

3.2.1 工藝系統(tǒng)帶油是T302洗滌效果不好

T302 是白油洗滌塔，用白油洗滌低壓丙烯氣中夾帶的微量 PP細(xì)粉和殘留活性的催化劑。白油按2∶1的體積比摻入了失活劑 Atmer163 可以與殘留的活化劑進(jìn)行絡(luò)合反應(yīng)，除去丙烯氣中攜帶的三乙基鋁（TEAL）。在裝置運(yùn)行2年后，發(fā)現(xiàn)TEAL與Atmer163 反應(yīng)生成的絡(luò)合物粘度很大，影響白油的洗滌效果，TEAL含量越大，產(chǎn)生的粉末就越多，T302的洗滌效果就越差，壓縮機(jī)運(yùn)行就越困難。白油循環(huán)量大，溫度高，帶油嚴(yán)重；白油循環(huán)量小，溫度低，帶粉嚴(yán)重，而且E304管束外會(huì)黏一層白色的膏狀物。溫度是一個(gè)非常重要的指標(biāo)[3]。調(diào)整T302 的洗滌效果，只有通過調(diào)整白油循環(huán)量、白油控制溫度、塔頂冷卻器E304的循環(huán)水量、分析化驗(yàn)頻次、勤換油等措施來改善，最重要的措施是從聚合單元的反應(yīng)操作來解決。T302的洗滌效果控制不好，會(huì)出現(xiàn)時(shí)而帶油多，時(shí)而帶粉多，合理地控制T302的操作參數(shù)，是避免系統(tǒng)帶油的直接手段。一般控制參數(shù)：白油循環(huán)量18～19 t/h,鋁含量小于5%，丙烯氣溫度40～50 ℃，冬夏兩季適當(dāng)調(diào)整。必要時(shí)，可以提高換油頻次，降低催化劑中的TEAL注入量。

3.2.2 潤(rùn)滑系統(tǒng)帶油，即間隔腔竄油，回油不暢

(1) 曲軸箱的結(jié)構(gòu)

壓縮機(jī)是立式結(jié)構(gòu)，最上面是一、二級(jí)氣缸，在氣缸與曲軸箱之間有一段空腔是隔離腔，隔離腔的下部是導(dǎo)向軸承，支撐活塞桿，保證活塞與氣缸對(duì)中。

活塞與氣缸間的密封、活塞桿與氣缸的密封均采用無油潤(rùn)滑的迷宮密封，可使活塞裙與氣缸無接觸密封，并自由對(duì)中。

為減少氣缸的氣體泄漏到曲軸箱中，隔離腔里充滿了由 D302引來的新鮮丙烯，將活塞桿泄漏的氣體通過活塞填料函泄漏線吹掃至壓縮機(jī)一級(jí)入口過緩沖罐D(zhuǎn)307，避免工藝氣體漏入隔離腔，進(jìn)入曲軸箱，污染潤(rùn)滑油。

(2) 曲軸箱傳動(dòng)機(jī)構(gòu)潤(rùn)滑原理

曲軸箱的潤(rùn)滑油經(jīng)主油泵 P307入口過濾器將油壓提高至0.35～0.40 MPa，通過曲軸中心孔，分別潤(rùn)滑：一級(jí)、二級(jí)連桿，大頭瓦，曲軸兩端主軸瓦和主軸的機(jī)械密封；進(jìn)入連桿大頭的潤(rùn)滑油瓦經(jīng)曲軸中心孔至連桿小頭瓦及十字頭滑道后流回曲軸箱；機(jī)械密封內(nèi)潤(rùn)滑油經(jīng)油壓調(diào)節(jié)溢流閥溢流后回曲軸箱。油箱內(nèi)設(shè)有油加熱器，溫度設(shè)定 10～65℃，當(dāng)冬天啟動(dòng)壓縮機(jī)時(shí)油溫低于 10 ℃，需要將油溫加熱至10 ℃以上后方可啟動(dòng)。

壓縮機(jī)的主軸瓦、連桿大頭瓦、十字頭等依靠主油泵P307潤(rùn)滑，油壓為0.35～0.40 MPa。活塞桿的導(dǎo)向軸承依靠飛濺潤(rùn)滑，導(dǎo)向軸承上部裝有刮油環(huán)，避免潤(rùn)滑油進(jìn)入隔離腔。隔離腔與曲軸箱之間有一根平衡管，平衡隔離腔與曲軸箱之間的壓力，保證進(jìn)入隔離腔的潤(rùn)滑油順利回到曲軸箱。潤(rùn)滑油設(shè)有油壓低報(bào)聯(lián)鎖，低于0.2 MPa時(shí)，壓縮機(jī)聯(lián)鎖停機(jī)。曲軸箱還設(shè)有油位低報(bào)開關(guān)，當(dāng)油位低報(bào)時(shí)，壓縮機(jī)報(bào)警，聯(lián)鎖停機(jī)。

(3)間隔腔竄油原因

壓縮機(jī)氣缸帶粉、帶油首先造成工藝系統(tǒng)壓力和流量的變化，影響壓縮機(jī)的正常運(yùn)行，其次造成氣閥、閥片、活塞裙、活塞桿填料環(huán)損壞?；钊麠U填料泄漏，帶油、帶粉的丙烯氣通過隔離腔進(jìn)入曲軸箱，污染了潤(rùn)滑油，刮油環(huán)處的回油孔、和間隔腔的單向閥堵塞或者不暢，潤(rùn)滑油無法正常返回曲軸箱，造成間隔腔積油，被隔離段的保護(hù)丙烯氣帶至壓縮機(jī)入口緩沖罐D(zhuǎn)307，造成了曲軸箱的油位迅速下降。伴隨著壓縮機(jī)的工作，潤(rùn)滑油由壓縮機(jī)一級(jí)進(jìn)口緩沖罐 D307進(jìn)入,通過一級(jí)出口緩沖罐D(zhuǎn)308、級(jí)間冷卻器E306，冷凝后進(jìn)入二級(jí)入口緩沖罐D(zhuǎn)309。因此，在PK301二級(jí)入口緩沖罐D(zhuǎn)309液位上漲的同時(shí)，曲軸箱的油位也在相應(yīng)的下降。如果這一異常?，F(xiàn)象未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和準(zhǔn)確判斷，潤(rùn)滑油變質(zhì)、潤(rùn)滑惡化，必將造成壓縮機(jī)傳動(dòng)部件的損壞和缸體“液擊”、振動(dòng)超標(biāo)等現(xiàn)象的聯(lián)鎖停車[4]。

4 改進(jìn)措施

針對(duì)以上現(xiàn)象，聚丙烯技術(shù)攻關(guān)小組找到了規(guī)律：工藝系統(tǒng)丙烯氣帶油、帶粉，是引起壓縮機(jī)故障停機(jī)的直接原因，因此，我們要在防止工藝系統(tǒng)的“帶油帶粉”上想辦法，定措施，深層次的解決壓縮機(jī)入口“帶油帶粉”問題，而不能只進(jìn)行善后處理。我們通過了一系列措施和系統(tǒng)改造，從壓縮機(jī)入口的“帶粉”問題入手，徹底解決了PK301入口的的“帶粉帶油”問題。具體措施如下：

（1）根據(jù)丙烯原料性質(zhì)，調(diào)整聚合單元催化劑TEAL的加入量。TEAL加入量由起初的 3.14 kg/h降到了1.5 kg/h；鋁烯比（AL/PR）由設(shè)計(jì)值0.15～0.25 kg/t調(diào)整成了0.11～0.12 kg/t。聚合的反應(yīng)正常，PK301的運(yùn)行工況明顯好轉(zhuǎn)。

（2）調(diào)整T302的工藝操作，摸索出了最佳的控制參數(shù)，定期換油，提高丙烯氣的洗滌效果。

（3）PK301入口增加了一組可在線切換的不銹鋼過濾器，過濾面積比原來提高了3倍，形式由錐形管道濾芯改成了欄式多濾筒的金屬燒結(jié)網(wǎng)過濾器，過濾精度5 μm。另外過濾器增加了在線氮?dú)夥创稻€，通過切換的方式，只需5 min就能將濾芯清理干凈。

（4）PK301的級(jí)間冷卻器E306增大了換熱面積，長(zhǎng)度不變，直徑由原來的DN400改成了DN600。

（5）D304的上部錐段帶人孔改成了直段帶人孔，避免了 D304破沫網(wǎng)清理后整體回裝的困難和氣流短路的現(xiàn)象。

（6）壓縮機(jī)一級(jí)、二級(jí)入口緩沖罐加大了排油頻次，避免了氣閥帶油現(xiàn)象。

（7）循環(huán)水線增加了一臺(tái)帶副線的離心水泵，在夏季通過提高冷卻器循環(huán)水壓力，降低壓縮機(jī)一級(jí)出口、二級(jí)入口工藝氣溫度。

（8）潤(rùn)滑油站油冷器E307改成了夏季冷卻、冬季加熱的換熱器，潤(rùn)滑油溫度控制在50～55 ℃之間，保證最佳潤(rùn)滑狀態(tài)，避免油溫過低造成的活塞桿刮油環(huán)作用失效，造成間隔腔竄油現(xiàn)象。

（9）PK301檢修時(shí)，壓縮機(jī)入口管線氮?dú)獗Ｗo(hù)。從 D304至壓縮機(jī)入口的丙稀線見空氣后，管壁上黏附的活性催化劑與空氣反映生成的白色發(fā)粘粉末在壓縮機(jī)投用后影響正常運(yùn)行，直至管線干凈后，壓縮機(jī)才能恢復(fù)正常運(yùn)行。

（10）潤(rùn)滑油按月分析，定期更換潤(rùn)滑油。

5 實(shí)施效果

通過實(shí)施以上 10項(xiàng)改善措施，徹底消滅了PK301入口的帶粉、竄油現(xiàn)象。壓縮機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，周期較長(zhǎng)，氣閥閥片使用壽命達(dá)到了半年以上，機(jī)組兩年未大修。

2009年，煉化公司的第二套20萬t/a聚丙烯裝置在延安石油化工廠建成投產(chǎn)，在項(xiàng)目建設(shè)初期，吸取了延安煉油廠10萬t/a聚丙烯裝置處理PK301“帶粉”、“竄油”問題的成功經(jīng)驗(yàn)，在新裝置設(shè)計(jì)階段就進(jìn)行了一系列的技術(shù)整改。延安石油化工廠的PK301自2009年8月開工投產(chǎn)以來，運(yùn)行至今，除了在2011年6月份利用裝置大檢修時(shí)間更換了一臺(tái)換熱面積較大的級(jí)間冷卻器外，再?zèng)]又進(jìn)行過任何大修，機(jī)組可靠，運(yùn)行平穩(wěn)。

由此證明，正確解決PK301的“帶粉”問題，關(guān)鍵是要徹底解決工藝系統(tǒng)的 TEAL過量問題和T302的洗滌效果問題，進(jìn)而才能保證聚丙烯裝置的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)保效益最大化，也為處理類似問題提供參考依據(jù)。

［1］ 洪定一，等.聚丙烯-原理.工藝與技術(shù)[M].北京：中國石化出版社，2005:370-379.

［2］ 劉華強(qiáng),李來生.聚丙烯閃蒸過程的研究[J].合成樹脂及塑料，2003,20（1）:30-50.

［3］ 瑞士Sulzer Burckhardt Compression公司.2K158-2B-1型迷宮式活塞壓縮機(jī)安裝/操作/維護(hù)手冊(cè)[G].

［4］ 李軍，黃如金,等.10萬/年聚丙烯裝置操作規(guī)程[G].延長(zhǎng)石油有限責(zé)任公司延安煉油廠，2009-03:109-135.

Causes Analysis and Measures of the Entrainment Powder and Oil Leakage in PK301 Equipment

LI Qiang , XU Ying , ZHANG Xiao-jun
（Shaanxi Yanchang Petroleum (Group) Co.,Ltd. Yan’an Oil chemical Plant, Shaanxi Yan’an 727406, China)

PK301 equipment is a key equipment in polypropylene unit, entrainment powder and oil leakage of PK301 equipment cause frequent shutdown. Causes to result in entrainment powder and oil leakage of PK301 equipment were analyzed, and effective measures were adopted, thereby the problem of entrainment powder and oil leakage was solved .As a result, long-period operation of PK301 can be realized , unit consumption of propylene can be decreased , environmental pollution can be reduced, economic benefit can be improved.

PK301; Powder; Oil leakage; Causes analysis; Measures

TQ 325

A

1671-0460（2012）06-0647-04

2012-03-15

李強(qiáng)（1973-），男，工程師，西安石油大學(xué)動(dòng)力工程在職研究生，從事設(shè)備管理工作。 E-mail：zhxw163@126.com。